Sinds de realisatie van de eerste laserholte zijn talloze vragen gesteld waarop laserlicht het antwoord heeft gegeven. Er zijn ook tal van vragen gesteld in een poging om onze mogelijkheden om lasers te produceren met verschillende prestatiespecificaties en golflengten te verbeteren. Een vraag die tot voor kort niet werd gesteld, is:wat gebeurt er als je een laserstraal door een andere laserholte laat schijnen? Het lijkt misschien geen praktische vraag om experimenteel te stellen, maar na in kwantitatief detail te hebben bestudeerd hoe extern invallend licht interageert met een actieve laserholte, het antwoord blijkt toestellen te bieden met nieuwe, schijnbaar paradoxale optische mogelijkheden.

Nutsvoorzieningen, een nog nadere blik op deze mogelijkheden heeft een uniek inzicht gegeven in fundamentele fysica en optisch gedrag. De samenwerking die deze interacties met laserholten onderzoekt, van de University of Central Florida's College of Optics and Photonics (CREOL) en Yale University, een perfect reflecterende eenrichtingsspiegel ontwikkeld, het aanbieden van echt verborgen observatievensters; iets dat passieve materialen alleen kunnen benaderen.

Door dieper in te gaan op het mechanisme van dit paradoxale gedrag, ze hebben nu ook fundamentele aspecten onthuld van wat de optische reacties regelt en een directe kijk op de rol van causaliteit. Ayman Abouraddy, University of Central Florida's CREOL - Multi-Material Optical Fiber Devices-groep, zullen de bevindingen van hun groep presenteren op Frontiers in Optics + Laser Science APS/DLS (FIO + LS), gehouden van 17-21 september 2017 in Washington, gelijkstroom.

"Een holte is een van de fundamentele componenten die we hebben in de optica - het zijn eigenlijk twee spiegels voor elkaar, "Zei Abouraddy. "We hebben gekeken naar wat er zou gebeuren als ik een lichtstraal door zo'n holte stuur met versterking naar binnen terwijl ik de hoeveelheid versterking geleidelijk opvoer. We bestuderen wat er gebeurt met licht dat door een holte wordt gestuurd als de holte actief is."

Door de hoeveelheid winst te veranderen, de optische respons van de holte op een afzonderlijke invallende laser (van een andere golflengte) verandert ook. Deze actieve component verandert meetbaar de reflectie en transmissie, afhankelijk van het actieve versterkingsniveau van de holte.

"Als we de hoeveelheid winst verhogen, de caviteit zal vanzelf gaan. Voor ons onderzoek van vandaag, we zijn meer geïnteresseerd in wat er gebeurt met een signaal dat ik door die holte stuur, ' zei Abouraddy.

Wanneer de holte begint te laseren, echter, er treedt een fascinerende en belangrijke verschuiving in het gedrag op. Op dat punt, zowel reflectie als transmissieversterking top uit, hoewel het vermogen van het sondeersignaal lineair gerelateerd blijft aan de output. Dit toont ook aan dat het effect niet in de buurt van verzadiging is.

"De holte mag niet groter worden dan een bepaalde limiet nadat je op laseren hebt gedrukt, " zei Abouraddy. Dit effect, bekend als gain klemmen, is onderdeel van een stabiele werking van de laser. De vergelijkbare reactie op extern invallend licht, echter, die leent voor een echt transparante perfecte spiegel, is niet alleen nieuw, maar biedt ook nieuwe inzichten in de fundamentele fysica.

De experimentele demonstratie van het team gebruikte een vezeloptische holte waarin ze het voorwaartse en achterwaartse reizende licht scheidden. Toen ze de dynamiek van de gerichte energiestroom in de holte nauwkeurig onderzochten naarmate die winst toenam, wat ze vonden gerelateerd aan fundamentele fysieke principes.

Abouraddy legt uit dat bij voldoende winst, als licht in beide richtingen in de holte reist, een nulpunt in de energiestroom waar de twee richtingen opheffen kruipt geleidelijk dieper in de holte. Het gedrag van deze nul verbindt de fundamentele drempel van een laser met een directe demonstratie van de limieten van causaliteit.

"Op de laserdrempel, die nul bereikt halverwege de holte. Het blijkt de winst verder te vergroten, die nul weigert verder te gaan, en het is vastgemaakt aan het midden van de holte, "zei hij. "Dat is de reden waarom wanneer we de winst verhogen, we zien geen verdere versterking. Het mooie van dit geheel is dat het blijkt dat het verband houdt met causaliteit. Als die nul verder zou gaan dan het midden van de holte, wat een schending van de causaliteit zou zijn. In dit geval, men zou er een output van krijgen voordat je een input stuurde."